Prüfungsprotokoll 4500
Fach Experimentelle Physik bei Prüfer Straessner, Klauß


































ID 4500
Prüfung für Master
Fach Experimentelle Physik
bei Prüfer Straessner, Klauß
Fachsemester 1
Datum der Prüfung 14.02.2019
Bei Prüfer gehörte Veranstaltung Experimentalphysik
Vorbereitung auf die Prüfung Hefteraufzeichnungen aus Vorlesung + Vorlesungsfolien durchgearbeitet und auf ca. 10 Blättern zusammengefasst.
Literatur hab ich fast nicht verwendet, nur wenn etwas bei den Folien mal wieder unklar war. Dann aber hauptsächlich Google/Wikipedia.
Auch die Literaturhinweise auf OPAL und die Übungsaufgaben des Semesters hab ich praktisch nicht angeguckt (außer Streung an H2O was gerne mal drankommt).
Dauer der Vorbereitung Insgesamt ca. 40h über eine Dauer von 6 Tagen. Dabei war die Hauptarbeitszeit insgesamt 32h zum Hefter+Folien durchgucken und Zusammenfassung schreiben. Dann noch jeweils 3h für 8 Prüfungsprotokolle und um meine Zusammenfassung nochmal durchzugehen.
Art der Vorbereitung allein
Allgemeine Tipps zur Vorbereitung Es reicht aus wenn man beim kompletten Stoff der in der Vorlesung drankam ein grobes Verständnis hat. Die Prüfungsfragen und Vorlesung sind seit 2015 die gleichen also Prüfungsprotokolle angucken und einmal den kompletten Hefter/das Skript durchgehen. Die wichtigsten Punkte zu jedem Thema nochmal für sich in einer Zusammenfassung aufschreiben hilft einem zu erkennen ob man es wirklich verstanden oder nur grob überfolgen und schon wieder alles vergessen hat. Außerdem kann man die Zusammenfassung am Ende nochmal durchgehen. Entgegen dem was andere meinten würde ich empfehlen nach dem man sich zur Orientierung ein, zwei Prüfungsprotokolle angeschaut hat erstmal den Vorlesungsstoff komplett durchzuarbeiten und dann erst die restlichen Prüfungsprotokolle anzugucken. So sieht man dann besser welche Fragen man schon hätte beantworten können und was die Nische-Fragen sind zu denen man sich nochmal informieren muss.
Verwendete Literatur Wikipedia oder andere Internetseiten die sich ergoogeln ließen. Im Mayer-Kuckuk hab ich mal eine Sache zur Kernphysik nachgeschlagen.
Wie verlief die Prüfung? Wie andere auch schon geschrieben haben konnte ich nicht wirklich Einfluss auf die Themengebiete und die Anzahl der Fragen zu jedem Gebiet nehmen. Ich hab das Gefühl sie haben solange zu einem Thema gefragt bis man ihnen bewiesen hatte das man davon genug Ahnung hat und sind dann zum nächsten Themenkomplex gewechselt.
Wie reagiert Prüfer, wenn man die Frage nicht gleich beantworten kann? Sie haken nochmal nach also stellen verwandte Fragen die einen auf die Antwort führen sollen. Das gilt teilweise auch bei Fehlern. Da kommt dann nochmal eine Nachfrage die einen auf den Fehler aufmerksam machen soll. Bei kleinen Fehlern korrigieren sie teilweise auch direkt was man falsch gemacht hat. Die Prüfer sind auch nicht wortkarg so wie im Abi und lassen einen schwitzen sondern erklären ihre Frage nochmal besser wenn sie merken dass man nicht weiß worauf sie hinaus wollen.
Kommentar zur Benotung Sehr wohlwollend. Hab eine 1.0 obwohl ich eine Frage falsch beantwortet habe und fünf oder sechs kleinere Schusselfehler hatte (z. B. eine Linie zu wenig eingezeichnet bei Paschen-Back, ausversehen Antineutrino statt Neutrino im Feynmandiagramm, etc.). Also man muss selbst für eine 1.0 nicht alles perfekt und aus der Pistole beantworten.
Allgemein zur Prüfung und Prüfer Sehr entspannte Atmosphäre. Haben uns zu Herrn Klauß ins Büro an einen kleinen Tisch gesetzt, d.h. ich musste nicht mal stehen und man saß sich auch direkt gegenüber. Statt an die Tafel zu schreiben gabs einen A4-Zettel + Fineliner. Hab sogar ein Glas Wasser hingestellt bekommen. So hatte es mehr den Anschein eines netten Gespräches als einer Prüfung. Bei mir hat hauptsächlich Herr Klauß die Fragen gestellt und Herr Straessner Protokoll geführt aber ich glaube das wechselt bei jedem Prüfling.
Was war schwierig an der Prüfung? Am Anfang wusste ich bei einer Frage einfach nicht worauf Herr Klauß hinauswollte und dass hat mich verunsichert. Gerade weil er dann viel dazu erzählt und weitergefragt hat und ich nicht auf den Trichter kam. Aber am Ende war das dann anscheinend nicht so schlimm. Also Hauptsache Ruhe bewahren.
Welche Fragen wurden konkret gestellt? Wasserstoffatom vs. Atomkern
(dieser ganze Abschnitt war etwas durcheinander und ich weiß die Fragen nicht mehr genau)

- Was sind die Quantenzahlen beim Wasserstoff? Wie sieht das beim Atomkern aus?
(n, l, m hingeschrieben und benannt und bei Atomkern genau so aber Knotenzahl N benutzt mit n=l+N+1)
- wie kommt man darauf (d. h. Experiment vs. Theorie)?
Experiment war eher da, eingeführt um Spektrallinien zu charakterisieren. (es sollte darauf hinauslaufen, dass die Theorie beim Atomkern dann schon
bekannt war und man deshalb N benutzt hat und nicht n; Herr Klauß meinte wenn es die Theorie eher gegeben hätte wäre n nie eingeführt worden)
- wieso hängen n und l zusammen (über oben genannte Formel)? wieso gilt diese für Atomkern nicht?
(hier wusste ich bis zum Schluss nicht worauf er hinaus wollte; er meinte am Ende nur es sei keine einfache Frage und irgendwas davon dass es nicht trivial
sei, dass der Radial- und Tangentialfreiheitsgrad irgendwie zusammenhängen)
hab dann irgendwas gesagt von wegen 1/r-Potential bei Wasserstoff vs. Wood-Saxon aus mean-field Näherung von Yukawa bei Kern
--> sollte Woods-Saxon zeichnen
- wie ist Energieabhängigkeit bei Wasserstoff vs Atom?
Atom 1/n^2 und Kern n^2 da ungefähr wie Kastenpotential


LS-Kopplung:

-Was ist das?
Kopplung Elektronenspin an Bahndrehimpuls, semiklassische Dipolformel <1/r^3 mu_1 mu_2> und Dirac-Formel 1/r dV/dr aufgeschrieben und kurz
erläutert (betrachte J=L+S, mu=g*e/(2m)*J, Entartung wird teilweise aufgehoben, ...)
-sollte konkretes Beispiel geben also 2p Niveau und Aufpaltung zu j=1/2, 3/2 gezeichnet.
-verschiebt LS-Kopplung ursprüngliches 2p Niveau bzw. was ist Mittelwert der neuen Niveaus?
nein, mittelwert der neuen Niveaus gibt altes Niveau (d.h. Aufspaltung symmetrisch); erst Dirac, Lamb-Shift, etc. verschiebt 2p Niveau
-Größenordnung gegenüber Grobstruktur bei Wasserstoff?
Zustandekommen des alpha^4 an Hand der Formeln erklärt (aus V und r_0), dadurch ist Feinstruktur um 10^-4 kleiner
- und bei Kern?
auch alpha^4 aber hier alpha = 0.1 ... 1 also gleiche Größenordnung wie Grobstruktur
(dann hat Herr Klauß kurz außerhalb der Prüfung mit Herrn Straessner diskutiert wie man denn das alpha^4 im Kern-Fall aus der Diracformel sieht,
sind dann zu dem Schluss gekommen, dass es im Woods-Saxon-Potential stecken muss auch wenn man es nicht direkt sieht)
-dann wurde irgendwie zum Zeeman-Effekt übergeleitet (ich glaube es wurde gefragt wie man die restliche Entartung aufhebt)
Energieniveaus für die m_J (4 für J=3/2, 2 für J=1/2) eingezeichnet
-was passiert bei sehr starkem Magnetfeld?
J keine Erhaltungsgröße mehr, L und S koppeln nicht mehr zu J, 5 Paschen-Back-Linien inklusive vermiedener Kreuzung eingezeichnet


Zustandsmischung

-am Beispiel von Ammoniak
beiden Konfigurationen des Moleküls |1> und |2> gezeichnet, Tunneln führt zu Mischung, Hamiltonian aufgeschrieben, EF und EW aufgeschrieben
-wieso spielt elektrisches Feld eine Rolle? Energieverlauf mit Feld ohne Zustandsmischung
weil Molekül polar, d.h. hat Dipolmoment; ohne Mischung Energie E = E0 +- d*|E| als Geraden eingezeichnet
(hab ständig aus Versehen magnetisches statt elektrisches Feld gesagt. das hat zur allgemeinen Erheiterung beigetragen wurde mir aber nicht schlecht
angerechnet)
-nun mit Zustandsmischung zeichnen und hab noch was zur Landau Zeener Wahrscheinlichkeit gesagt
-tritt auch bei Neutrinos auf. Wie war es da charakterisiert?
Mischungsmatrix hingeschrieben für zwei Neutrinosorten, bei Ammoniak Mischungswinkel 45°
-wie kann man |I> und |II> unterscheiden?
Kraft auf Dipole im inhomogenen elektrischen Feld, bei hohen Feldern |1> rund |I> und |2> rund |II>
-wo wird die Seperation genutzt?
Ammoniak Maser, kurz Laser allgemein erklärt, d.h. z.B. für Laser thermische Besetzung schlecht also Besetzungsinversion, d.h. man pickt sich
höherenergetischen Zustand |I> raus, spontane Emission ist um omega^3 unterdrückt
-wo findet Maser-Übergang statt (d. h. bei welcher Feldstärke in meinem Energiediagramm)?
bei |E| rund 0 damit Energiegewinn von 2A, d.h. Feld muss langsam abgeschaltet werden nach Extraktion von |I> damit d|E|/dt und damit
Landau-Zeener-Wahrscheinlichkeit klein und Übergang adiabatisch

(die Fragen zu Neutrinos hat Herr Straessner gestellt)
-tritt auch bei Neutrinos auf. was ist da der Störparameter
Materie vs. Vakuum, d.h. die Elektronendichte, nur für Elektronneutrinos relevant denn nur diese haben bestimmte wechselwirkung
(Feynmandiagramm zur WW mit e gezeichnet aber fälschlicherweise Antineutrinos benutzt)
-wirklich Antineutrinos? wie entstehen die in der Sonne?
Fehler korrigiert, Neutrinos entstehen bei Umwandlung von Proton zu Neutron zusammen mit Positron wenn zwei Protonen zu einem Deuteriumkern
fusionieren
-dann sollte ich die Zustandskreuzung zeichnen, hab dass also gemacht und mit Sonnenrand und Zentrum beschriftet.
-was dominiert am Rand und am Zentrum?
am Rand Myon-Neutrinos, im Zentrum Elektron-Neutrinos (sieht man an Zeichnung), Wahscheinlichkeit für Elektronneutrinos am Rand is sin^2 theta
-wo werden die Neutrinos gemessen?
solare Neutrinos in Kamiokande, weniger Elektronen-Neutrinos als nach Sonnenmodellen entstehen müssten und damit Hinweis auf Zustandsmischung
-wie verschiebt sich Kreuzungspunkt wenn man Neutrinoenergie verändert?
(diese 50/50 Frage hatte ich falsch) ich glaube richtig ist, für höhere Energien verschiebt sich der Kreuzungspunkt aus dem Zentrum heraus, bin mir aber
nicht mehr sicher
-was ist die Ursache dafür?
Wechselwirkungsstärke d.h. Beitrag des Feynmandiagramms ist Energieabhängig (weiß ich nicht mehr im Detail)


Symmetriebrechung

(zu diesem Zeitpunkt hatten wir wahrscheinlich nur noch so fünf oder zehn Minuten deshalb kam hierzu recht wenig)
-wo tritt Massengewinn durch Symmetriebrechung auf?
bei der schwachen WW im Higgs-Mechanismus, bei den Konstituentenwaurks bei der starken WW
-bleiben wir bei schwacher WW. was passiert da?
Lagrangedichte invariant, aber Grundzustand instabil, wenn Brechungsparameter bestimmten Wert überschreitet folgt dieser nicht mehr Symmetrie,
typisches x^2 und x^4 Potential eingezeichnet.
-was ist das für eine Symmetrie die gebrochen wird?
schwache Eichsymmetrie
- wie bekommt man Masse, Anregungen
massive und masselose Anregungen eingezeichnet, diese sind Higgs-Boson und Nambu-Goldstone-Bosonen die zu den W/Z-Bosonen beitragen
- wieso haben W, Z Masse wen NG-Bosonen masselos?
wegen Higgsfeld mit Vakuumerwartungswert ungleich Null